单片机PWM技术精解：深入理解，控制模拟信号

# 1. PWM技术概述

脉宽调制（PWM）是一种数字调制技术，通过改变脉冲宽度来控制模拟信号的幅度。PWM技术广泛应用于电机控制、LED调光、音频放大等领域。

PWM波形由一系列脉冲组成，脉冲宽度表示信号的幅度。脉冲宽度越大，信号幅度越大。PWM信号的频率通常远高于信号的带宽，以保证信号的平滑性。

# 2. 单片机PWM原理

### 2.1 PWM波形分析

脉宽调制（PWM）是一种调制技术，通过改变脉冲的宽度来控制输出信号的幅度。PWM波形由一系列周期性脉冲组成，每个脉冲由高电平和低电平组成。

**PWM波形参数：**

- **占空比（Duty Cycle）：**高电平时间与脉冲周期的比值，通常用百分比表示。
- **频率：**脉冲重复的频率，单位为赫兹（Hz）。
- **幅度：**脉冲的高电平值，通常等于电源电压。

### 2.2 PWM调制技术

PWM调制技术根据输出波形的极性分为单极性和双极性两种。

#### 2.2.1 单极性PWM

单极性PWM只产生一种极性的脉冲，即高电平或低电平。

**单极性PWM波形：**

**应用：**

- 电机控制
- LED调光

#### 2.2.2 双极性PWM

双极性PWM产生两种极性的脉冲，即高电平和低电平。

**双极性PWM波形：**

**应用：**

- 电机控制（需要反向旋转）
- 音频放大

### 代码示例：

以下代码示例展示了单片机如何生成单极性PWM波形：

#include <avr/io.h>

int main() {
    // 设置定时器1为快速PWM模式
    TCCR1A |= (1 << WGM11) | (1 << WGM10);

    // 设置输出比较寄存器A为占空比
    OCR1A = 128; // 占空比为50%

    // 设置定时器1时钟分频为8
    TCCR1B |= (1 << CS11);

    // 开启输出比较A中断
    TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);

    // 启用全局中断
    sei();

    while (1) {
        // 在中断服务程序中更新输出比较寄存器A以改变占空比
    }

    return 0;
}

**代码逻辑分析：**

- `TCCR1A`寄存器用于设置定时器1的工作模式，`WGM11`和`WGM10`位设置为1，表示快速PWM模式。
- `OCR1A`寄存器用于设置输出比较A的值，即占空比。
- `TCCR1B`寄存器用于设置定时器1的时钟分频，`CS11`位设置为1，表示时钟分频为8。
- `TIMSK1`寄存器用于开启输出比较A中断，`OCIE1A`位设置为1。
- `sei()`函数启用全局中断。
- 主循环`while (1)`用于保持程序运行。
- 在输出比较A中断服务程序中，更新`OCR1A`寄存器以改变占空比。

# 3.1 PWM寄存器配置

**PWM寄存器概述**

单片机PWM寄存器主要用于配置PWM波形的参数，包括频率、占空比、极性等。不同的单片机系列和型号可能具有不同的PWM寄存器配置方式，但一般都包含以下基本寄存器：

- **PWM控制寄存器 (PWMCON)**：用于设置PWM模式、时钟源、极性等基本参数。
- **PWM周期寄存器 (PWMP)**：用于设置PWM波形的周期，即波形从上升沿到上升沿的时间。
- **PWM占空比寄存器 (PWMDC)**：用于设置PWM波形的占空比，即高电平时间占周期时间的百分比。

**PWM寄存器配置步骤**

以下是一般单片机PWM寄存器配置步骤：

1. **选择PWM模式**：在PWMCON寄存器中设置PWM模式，如连续模式或单次模式。
2. **设置时钟源**：在PWMCON寄存器中选择PWM时钟源，如内部时钟或外部时钟。
3. **设置极性**：在PWMCON寄存器中设置PWM波形的极性，即高电平有效或低电平有效。
4. **设置周期**：在PWMP寄存器中设置PWM波形的周期，单位通常为时钟周期。
5. **设置占空比**：在PWMDC寄存器中设置PWM波形的占空比，单位通常为百分比。

**代码示例**

以下代码示例展示了STM32单片机PWM寄存器配置：